Energia w

ś

rodowisku

Energia w

ś

rodowisku

(2)

(2)

Odnawialne

ź

ródła energii

Odnawialne

ź

ródła energii

Biomasa

Biomasa

Hydroenergia

Hydroenergia

Energia wiatru

Energia wiatru

Energia maremotoryczna (fale i prądy morskie)

Energia maremotoryczna (fale i prądy morskie)

Energia maretermalna (ciepło oceanów)

Energia maretermalna (ciepło oceanów)

Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej

Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej

Energia geotermalna

Energia geotermalna

Hydroenergia

Hydroenergia

Promieniowanie słońca

Promieniowanie słońca

napędza przemiany i

napędza przemiany i

ruch wody w

ruch wody w

przyrodzie

przyrodzie

Na skutek grawitacji

Na skutek grawitacji

woda opadowa zlewa

woda opadowa zlewa

się do rzek

się do rzek

Energia niesiona przez

Energia niesiona przez

wody rzek jest jedyną

wody rzek jest jedyną

skoncentrowaną

skoncentrowaną

energią odnawialną

energią odnawialną

Hydroenergia

Hydroenergia

Energia niesiona przez

Energia niesiona przez

wody rzek jest

wody rzek jest

skoncentrowaną

skoncentrowaną

energią

energią

odnawialną

odnawialną

Dlatego jest to jedyna

Dlatego jest to jedyna

energia odnawialna, która

energia odnawialna, która

jest dziś powszechnie

jest dziś powszechnie

wykorzystywana

wykorzystywana

Hydroenergia

Hydroenergia

Energia wody spiętrzonej

Energia wody spiętrzonej

rzeki wynosi (energia

rzeki wynosi (energia

potencjalna):

potencjalna):

E = mgh

E = mgh

Mała elektrownia np..na

Mała elektrownia np..na

Rabie w Dobczycach:

Rabie w Dobczycach:

h = ok. 10m, masa

h = ok. 10m, masa

przepływającej wody ok.

przepływającej wody ok.

2m

2m

3

3

= 2000 kg na sekundę

= 2000 kg na sekundę

M = E/t = 2000 kg * g *

M = E/t = 2000 kg * g *

10m / sek = 200 kW

10m / sek = 200 kW

Najwieksza elektrownia

Najwieksza elektrownia

świata, w Brazylii ma moc:

świata, w Brazylii ma moc:

M = 11GW

M = 11GW

Zasoby i przepływy wody w przyrodzie

Zasoby i przepływy wody w przyrodzie

Zasoby wody

Zasoby wody

Oceany 13 700

Oceany 13 700

Pory skał 3 200

Pory skał 3 200

Lodowce 165

Lodowce 165

Jeziora 0,34

Jeziora 0,34

Para wodna 0,105

Para wodna 0,105

Przepływy

Ocean—atmosfera
(parowanie z oceanów) 3,83
Atmosfera—ocean
(opady nad oceanami) 3,47
Ocean—ląd 0,36
Ląd—atmosfera
(parowanie z lądów) 0,63
Atmosfera - ląd 0,36 +0,63 = 0.99

Rzekami do oceanów 0,32

Woda gruntowa do oceanów 0,04

Jednostką miary wody jest 10

20

g czyli 100 000 km

3

Potencjalne zasoby energii wodnej

Potencjalne zasoby energii wodnej

Potencjał brutto
(masa wód we wszystkich ciekach wodnych, całkowity spadek od źródeł do
ujść, teoretyczna wydajność turbin)

Potencjał techniczny
( rzeczywista wydajność turbin, część wody nie przechodzi przez turbiny)
30-40% potencjału brutto.

Potencjał ekonomiczny
(część potencjału technicznego )

Zainstalowana moc (1975) 375 GW

Hydroenergia to około:
2% światowego zużycia energii
20% światowego zużycia energii elektrycznej

Oszacowanie górnej granicy energii do

Oszacowanie górnej granicy energii do

wykorzystania

wykorzystania

–

–

potencjał brutto

potencjał brutto

Założenia:

Założenia:

Wykorzystujemy wszystkie rzeki świata w ciagu

Wykorzystujemy wszystkie rzeki świata w ciagu

całego roku

całego roku

Średnie spiętrzenie wynosi 100m

Średnie spiętrzenie wynosi 100m

M = m*g*h / t

M = m*g*h / t

M = 0.32 * 10

M = 0.32 * 10

17

17

kg * 10m/sek

kg * 10m/sek

2

2

* 100 m / rok

* 100 m / rok

1 rok = 31.5 *10

1 rok = 31.5 *10

6

6

sek

sek

M

M

= 10

= 10

12

12

W =

W =

1000 GW

1000 GW

Zasoby energii wodnej w Europie

Zasoby energii wodnej w Europie

Największe zasoby mają kraje, w których występuje dużo
opadów (sąsiedztwo oceanu) i są górzyste (duży spadek rzek)

Elektrownie wodne

Elektrownie wodne

Elektrownie zbiornikowe

Elektrownie
przepływowe

Elektrownie
szczytowo - pompowe

Budowa elektrowni zbiornikowej

Budowa elektrowni zbiornikowej

Wytwarzanie energii elektrycznej

Wytwarzanie energii elektrycznej

Woda spada sztolnią w dół, uderza w łopatki wirnika i wprawia
generator w ruch obrotowy, który wytwarza zmienny prąd elektryczny

Widok hali generatorów

Widok hali generatorów

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

wodn

ą

wodn

ą

Koszt uzyskiwania energii

Koszt uzyskiwania energii

elektryczej z ró

ż

nych

ź

ródeł

elektryczej z ró

ż

nych

ź

ródeł

Charakterystyka hydroenergii jako

Charakterystyka hydroenergii jako

ź

ródła energii pierwotnej

ź

ródła energii pierwotnej

Zalety:

Zalety:

Dyspozycyjność

Dyspozycyjność

–

–

można elastycznie zmieniać

można elastycznie zmieniać

dostarczaną moc i prawie natychmist włączyć do i

dostarczaną moc i prawie natychmist włączyć do i

wyłączyć z sieci

wyłączyć z sieci

Tania energia

Tania energia

–

–

duży koszt budowy zapory ale nie

duży koszt budowy zapory ale nie

ma kosztów paliwa

ma kosztów paliwa

Ograniczenie:

Ograniczenie:

Aktualnie wykorzysuje się co najmniej połowę

Aktualnie wykorzysuje się co najmniej połowę

potencjału ekonomicznego a to stanowi tylko

potencjału ekonomicznego a to stanowi tylko

20%produkcji energii elektrycznej i mniej niż 3%

20%produkcji energii elektrycznej i mniej niż 3%

zużywanej energii

zużywanej energii

W jakim celu buduje si

ę

zapory na rzekach

W jakim celu buduje si

ę

zapory na rzekach

–

–

Czy tylko uzyskiwanie energii?

Czy tylko uzyskiwanie energii?

Cel budowy zapór:

Cel budowy zapór:

Rekreacja

Rekreacja

Zapas wody dla

Zapas wody dla

rolnictwa

rolnictwa

Zabezpieczenie

Zabezpieczenie

przeciwpowodziowe

przeciwpowodziowe

Źródło wody

Źródło wody

wodociągowej

wodociągowej

Irygacja

Irygacja

–

–

nawadnianie pól

nawadnianie pól

Inne

Inne

-

-

w tym energia

w tym energia

wodna

wodna

Energia wiatru

Energia wiatru

Mechanizm powstawania wiatru:

Mechanizm powstawania wiatru:

ilość energii słonecznej zaabsorbowanej

ilość energii słonecznej zaabsorbowanej

przez powierzchnię ziemi zależy od

przez powierzchnię ziemi zależy od

rodzaju powierzchni

rodzaju powierzchni

stąd różne temperatury powietrza przy

stąd różne temperatury powietrza przy

powierzchni. Powstają obszary

powierzchni. Powstają obszary

podwyższonego i obniżonego ciśnienia

podwyższonego i obniżonego ciśnienia

powietrze porusza się od wysokiego do

powietrze porusza się od wysokiego do

niskiego ciśnienia

niskiego ciśnienia

na kierunek wiatru wpływa też ruch

na kierunek wiatru wpływa też ruch

obrotowy Ziemi

obrotowy Ziemi

Energia wiatru

Energia wiatru

Powietrze porusza się,

Powietrze porusza się,

powstaje wiatr, który niesie

powstaje wiatr, który niesie

energię związaną ze swoim

energię związaną ze swoim

ruchem

ruchem

Wiatraki odbierają energię

Wiatraki odbierają energię

kinetyczną poruszających się

kinetyczną poruszających się

olbrzymich mas powietrza

olbrzymich mas powietrza

Energia wiatru

Energia wiatru

Różnice między

Różnice między

energią wody i wiatru

energią wody i wiatru

duże rozproszenie energii

duże rozproszenie energii

wiatru

wiatru

obszary gdzie często wieje

obszary gdzie często wieje

wiatr i obszary z długimi

wiatr i obszary z długimi

okresami ciszy

okresami ciszy

zmienna w czasie i

zmienna w czasie i

niekontrolowalna siła wiatru

niekontrolowalna siła wiatru

(okresy ciszy i huraganu)

(okresy ciszy i huraganu)

zmienny kierunek wiatru

zmienny kierunek wiatru

Energia wiatru

Energia wiatru

Energia kinetyczna

Energia kinetyczna

E = ½ m v

E = ½ m v

2

2

Masa powietrza

Masa powietrza

przechodzącego w obrębie

przechodzącego w obrębie

skrzydeł wiatraka w ciągu

skrzydeł wiatraka w ciągu

czasu t

czasu t

m =

m =

ρ

ρ

V / t =

V / t =

ρ

ρ

S l / t;

S l / t;

l/t = v

l/t = v

m =

m =

ρ

ρ

S v

S v

E ~

E ~

ρ

ρ

D

D

2

2

v

v

3

3

Energia wiatru

Energia wiatru

Energia kinetyczna wiatru jest

Energia kinetyczna wiatru jest

proporcjonalna do prędkości

proporcjonalna do prędkości

wiatru podniesionej do 3 potęgi

wiatru podniesionej do 3 potęgi

W praktyce możemy wytwarzać

W praktyce możemy wytwarzać

energię elektryczna z wiatru

energię elektryczna z wiatru

tylko przy określonych

tylko przy określonych

prędkościach:

prędkościach:

poniżej ok.. 4m/s

poniżej ok.. 4m/s

–

–

prędkość

prędkość

zbyt mała

zbyt mała

przy prędkości ok..12 m/s

przy prędkości ok..12 m/s

ogranicza się obroty

ogranicza się obroty

przy prędkości 25 m/s przerywa

przy prędkości 25 m/s przerywa

się pracę turbiny

się pracę turbiny

Pr

ę

dko

ść

wiatru

Pr

ę

dko

ść

wiatru

Rozkład prędkości

Rozkład prędkości

wiatru w ciągu roku

wiatru w ciągu roku

Prędkość chwilowa
wiatru i zmiany w czasie

Energia wiatru

Energia wiatru

–

–

wn

ę

trze turbiny

wn

ę

trze turbiny

Energia wiatru

Energia wiatru

-

-

turbina

turbina

Turbina obraca się z predkością zależacą od siły wiaru ale ograniczoną
od dołu i od góry przez wymagania techniczne.

Energię elektryczną przekształca się w zmienny prąd elektryczny o
częstotliwości 50 Hz i synchronizuje z częstością sieci energetycznej
poprzez specjalne układy elekryczne

Energia wiatru

Energia wiatru

-

-

zasoby

zasoby

Szacuje się, że około 1-2% energii słonecznej zamienia się na energię
kinetyczną masy powietrza.

Ale:
Energia wiatru dostępna jest tylko nad lądami

Dostępna jest tylko energia kinetyczna powietrza znajdującego się
blisko powierzchni ziemi (do wysokości około100 m)

Oszacowanie zasobów możliwych do wykorzystania:

40 TW nad lądem i ewentualnie
20 TW nad płytkimi morzami

Energia wiatru

Energia wiatru

–

–

rozkład wiatrów

rozkład wiatrów

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

wiatru

wiatru

Czołowe kraje w Europie:

Niemcy
Hiszpania
Dania

Czołowe kraje w świecie

USA
Indie
Chiny

1995 rok – 5 000 MW
Kraje: USA 1 870 MW Niemcy 930 MW

Dania 610 MW Indie 600 MW

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

Kraje wykorzystuj

ą

ce energi

ę

wiatru

wiatru

Nation

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

World 31,180 39,295 47,693 59,024 74,153 93,849

1 Germany 12,001 14,609 16,628 18,427

20,622 22,247

2 United States 4,685 6,370 6,725 9,149

11,603 16,818 20,000

3 Spain 4,830 6,202 8,263 10,027 11,630 15,145
4 India 1,702 2,110 3,000 6,270 4,430 7,850 8,748
5 China 468 567 764 1,266 2,599 5,912
6 Denmark 2,880 3,110 3,124 3,128 3,136 3,125
7 Italy 785 904 1,265

1,718 2,123 2,726

8 France 148 248 386

757 1,567 2,455

9 United Kingdom 552 648 888 1,353 1,962 2,389
10Portugal 194 299 522 1,022 1,716 2,130

11 Canada 12 The Netherlands 13 Japan
14 Austria 15 Greece 16 Australia
17 Ireland 18 Sweden 19 Norway
20 New Zealand 21 Egypt 22 Belgium

23 Taiwan 280

24 Poland 276

25 Brazil 247

Rozwój energetyki wiatrowej

Rozwój energetyki wiatrowej

Nowe elektrownie wiatrowe w USA

Rozwój energetyki wiatrowej

Rozwój energetyki wiatrowej

Wzrost mocy
w nowych elektrowniach
wiatrowych w świecie

Na świecie produkuje
się ciągle niewiele
energii elektrycznej
z wiatru ale produkcja
ta szybko rośnie z
każdym rokiem

Koszt energii elektrycznej z wiatru

Koszt energii elektrycznej z wiatru

Z rysunków:

Wiatr 3

Ogniwo
słoneczne 20

E.geotermana <3

Ogrzewanie
słoneczne 8

Biomasa 7

Energia z wiatru staje się coraz tańsza ale już niewiele potanieje

Koszt energii elektrycznej z wiatru

Koszt energii elektrycznej z wiatru

Inne żródło:
ok.. 3 centy za 1kWh

Ale koszty inwestycji są stałe, koszty eksploatacji praktycznie też.
Dlatego ceny rzeczywiste zależą od ilości wyprodukowanej energii

Polska

Polska

–

–

mo

ż

liwe lokalizacje elektrownii

mo

ż

liwe lokalizacje elektrownii

wiatrowych

wiatrowych

Porównanie dwóch lokalizacji:

Na wybrzeżu – Łeba
Kotlina w górach – Nowy Sącz

Polska

Polska

–

–

istniej

ą

ce elektrownie wiatrowe

istniej

ą

ce elektrownie wiatrowe

Widok farmy wiatrowej w
Zagórzu koło wyspy Wolin

Inne farmy wiatrowe nad morzem:
Zagórze 15 * 2 MW
Cisowo 9 * 2 MW + 5 * 132 kW
Barzowice 6 * 833 kW

Pojedyncze wiatraki:
W kilku miejscowościach w tym
w Zawoji i Rytrze